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电力专用逆变电源电路设计中IGBT时要做到的保护措施是哪些?

电力专用逆变电源电路设计中IGBT时要做到的保护措施是哪些?

答:
由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下,因而, IGBT除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计需要重点考虑。
(一)IGBT的工作原理
IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定:
——IGBT栅极与发射极之间的电压;
——IGBT集电极与发射极之间的电压;
——流过IGBT集电极-发射极的电流;
——IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压,流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。
(二)保护措施
(1) IGBT栅极的保护
IGBT的栅极-发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电力专用逆变电源电路设计中中设置栅压限幅电力专用逆变电源电路设计中。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极-发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。为防止此类情况发生,应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几十kΩ的电阻,此电阻应尽量靠近栅极与发射极。
由于IGBT其栅极为mos结构,对于静电压也是十分敏感的,故而对IGBT进行装配焊接作业时也必须注意以下事项:
——在需要用手接触IGBT前,,必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉;
——在焊接作业时,为了防止静电可能损坏IGBT,焊机一定要可靠地接地。
(2) 集电极与发射极间的过压保护
(2.1)直流过压产生的原因是由于前一级输入发生异常。解决的办法是在选取IGBT时,进行降额设计;另外,可在检测出这一过压时分断IGBT的输入,保证IGBT的安全。
(2.2) 浪涌电压的保护
因为电力专用逆变电源电路设计中中分布电感的存在,加之IGBT的开关速度较高,当IGBT关断时及与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时,就会产生很大的浪涌电压Ldi/dt。如果VCESP超出
IGBT的集电极-发射极间耐压值VCES,就可能损坏IGBT。解决的办法主要有:
——在选取IGBT时考虑设计裕量;
—在电力专用逆变电源电路设计中设计时调整IGBT驱动电力专用逆变电源电路设计中的Rg,使di/dt尽可能小;
——尽量将电解电容靠近IGBT安装,以减小分布电感;
——根据情况加装缓冲保护电力专用逆变电源电路设计中,旁路高频浪涌电压。
由于缓冲保护电力专用逆变电源电路设计中对IGBT的安全工作起着很重要的作用,在此将缓冲保护电力专用逆变电源电路设计中的类型和特点作一介绍。
——C(电容)缓冲电力专用逆变电源电路设计中采用薄膜电容,靠近IGBT安装,其缺点是易产生电压振荡,而且IGBT开通时集电极电流较大。
——RC缓冲电力专用逆变电源电路设计中其特点是适合于斩波电力专用逆变电源电路设计中,但在使用大容量IGBT时,必须使缓冲电阻值增大,否则,开通时集电极电流过大,使IGBT功能受到一定限制。
——RCD缓冲电力专用逆变电源电路设计中,与RC缓冲电力专用逆变电源电路设计中相比其特点是,增加了缓冲二极管从而使缓冲电阻增大,避开了开通时IGBT功能受阻的问题。根据实际情况选取适当的缓冲保护电力专用逆变电源电路设计中,抑制关断浪涌电压。在进行装配时,要尽量降低主电力专用逆变电源电路设计中和缓冲电力专用逆变电源电路设计中的分布电感,接线越短越粗越好。
(3) 集电极电流过流保护
主要有3种方法。
(3.1) 用电阻或电流互感器检测过流进行保护
可以用电阻或电流互感器与IGBT串联,检测流过IGBT集电极的电流。当有过流情况发生时,控制执行机构断开IGBT的输入,达到保护IGBT的目的。
(3.2) 由IGBT的VCE(sat)检测过流进行保护
因VCE(sat)=IcRCE(sat),当Ic增大时,VCE(sat)也随之增大,若栅极电压为高电平,而VCE为高,则此时就有过流情况发生,此时与门输出高电平,将过流信号输出,控制执行机构断开IGBT的输入,保护IGBT。
(3.3) 检测负载电流进行保护
若负载短路或负载电流加大时,也可能使前级的IGBT的集电极电流增大,导致IGBT损坏。由负载处(或IGBT的后一级电力专用逆变电源电路设计中)检测到异常后,控制执行机构切断IGBT的输入。

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